DE202008013727U1

DE202008013727U1 - Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus

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Publication number: DE202008013727U1
Application number: DE202008013727U
Authority: DE
Original assignee: Micro Star International Co Ltd
Current assignee: Micro Star International Co Ltd
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2018-10-17
Also published as: US20090314118A1; US7765892B2; JP3146999U; TWI338760B; TW201000795A

Abstract

Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus 1), aufweisend:
eine erste Verbindungseinheit (11), die mit einem ersten gekrümmten Vorstehabschnitt (111), einem ersten Schwenkabschnitt (112) und einem zweiten Schwenkabschnitt (113) versehen ist, wobei zwei Enden des ersten gekrümmten Vorstehabschnitts (111) mit dem ersten Schwenkabschnitt (112) bzw. dem zweiten Schwenkabschnitt (113) verbunden sind,
eine erste Befestigungsachse (21), die drehbar mit dem ersten Schwenkabschnitt (112) gekuppelt ist,
eine zweite Befestigungsachse (22), die drehbar mit dem zweiten Schwenkabschnitt (113) gekuppelt ist, wobei die erste Befestigungsachse (21) und die zweite Befestigungsachse (22) eine gemeinsame erste Mittelachse (L1) haben, wodurch der erste gekrümmte Vorstehabschnitt (111) relativ zu der ersten Mittelachse (L1) verschwenkbar ist,
eine zweite Verbindungseinheit (12), die mit einem zweiten gekrümmten Vorstehabschnitt (121), einem dritten Schwenkabschnitt (122) und einem vierten Schwenkabschnitt (123) versehen ist, wobei zwei Enden des zweiten gekrümmten Vorstehabschnitts (121) mit dem dritten Schwenkabschnitt (122) bzw. dem vierten Schwenkabschnitt (123) verbunden sind, wobei der zweite...

Description

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Gelenk, und insbesondere ein Gelenk mit einer Vielfach-Freiheitsgrade-Funktion, so dass ein Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus bereitgestellt ist.
Ein Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus kann für einen Funktionsmechanismus eines Kameraobjektivs eines Roboterkopfs verwendet werden und kann für einen Gelenkmechanismus, wie beispielsweise eine Schulter, einen Ellenbogen, ein Handgelenk, ein Knie oder einen Knöchel eines Roboters, verwendet werden sowie kann ferner für einen Adapter verwendet werden, der mit einem Suchscheinwerfer, einer Antenne, einer Radarantenne oder einer Nabe verbunden ist, und kann als ein Gelenk für ein Getriebe und als ein Gelenk für eine Flugeinrichtung verwendet werden.
Es gibt unterschiedliche Patenttechnologien in Bezug auf ein Vielfach-Freiheitsgrade-Funktion-Gelenk, zum Beispiel nutzt ein in der taiwanesischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 200626320 offenbarter Gelenkmechanismus ein konvexes Zahnrad und ein konkaves Zahnrad zum Ausbilden eines sphärischen Zahnradpaares und formt den gesamten Gelenkmechanismus durch Arbeiten in Koordination mit drei Freiheitsgraden und einem ein festes Geschwindigkeitsverhältnis annehmenden Kreuzrahmen, so dass er in der Lage ist, eine räumliche Leistungsübertragung mit drei Freiheitsgraden eines gleichzeitigen Schwenkens, Oszillierens und Drehens zu erzielen. Jedoch ist die Struktur gemäß der zuvor genannten taiwanesischen Patentanmeldung sehr komplex und es ist schwierig, die Funktionen der Gelenke durch wenige Antriebsmechanismen zu steuern. Ferner nutzt ein geschickt geteiltes Äquatorgelenk, das in dem US-Patent Nr. 6,026,703 offenbart ist, vier halbrunde Verbindungselemente zum Antreiben eines Arms zum Bewegen in einer Halbkugel, wobei sich eine Achse des Arms durch die Mitte der Kugel hindurch erstreckt. Die Struktur gemäß dem zuvor genannten US-Patent ist ebenfalls sehr komplex und nicht leicht zusammenzubauen, die Produktionskosten sind hoch und der Arm kann keinen Drehvorgang ausführen, so dass eine Anforderung dahingehend, dass ein logisches Betriebsverfahren eine spezifische bzw. eindeutige Lösung erzielt in Bezug auf ein Klemmen und Aufnehmen eines Gegenstandes mittels eines mechanischen Arms, nicht erfüllt werden kann und eine Situation von unbeschränkten Lösungssätzen generiert wird, so dass bewirkt wird, dass der mechanische Arm den Klemmvorgang bezüglich des Gegenstands nicht autonom vollenden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein übliches Vielfach-Freiheitsgrade-Funktion-Gelenk zu verbessern.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus bereitzustellen, der eine einfache Struktur und ein leichtes Zusammenbauen sowie eine Reduzierung der Produktionskosten ermöglicht.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus bereitzustellen, der über wenige Antriebsmechanismen geschickt Hoch-Runter- und Links-Rechts-Bewegungen und Drehungen einer Angetrieben-Einheit steuern kann.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus bereitzustellen, der bequem bzw. komfortabel mit einem anderen Gegenstand kuppelbar ist, wie beispielsweise einem Roboter oder einem Kameraobjektiv, so dass es ermöglicht ist, dass der andere Gegenstand ein geschickt steuerbares Gelenk aufweist.
Die oben genannten Aufgaben werden mit einem Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand einer Ausführungsform beschrieben.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus.
2 zeigt eine andere schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus.
Im Folgenden wird auf die 1 und 2 Bezug genommen, wobei diese einen Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigen. Ein Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus 1 weist eine erste Verbindungseinheit 11, eine zweite Verbindungseinheit 12, eine Angetrieben-Einheit 13, einen Verbindungsblock 14, eine dritte Verbindungseinheit 15, eine erste Antriebseinheit 16, eine zweite Antriebseinheit 17, eine dritte Antriebseinheit 18 und eine Basis 19 auf.
Die erste Verbindungseinheit 11 ist mit einem ersten gekrümmten Vorstehabschnitt 111, einem ersten Schwenkabschnitt bzw. Drehabschnitt 112 und einem zweiten Schwenkabschnitt bzw. Drehabschnitt 113 versehen, wobei der erste gekrümmte Vorstehabschnitt 111 eine Halbkreisform aufweist, wobei der erste gekrümmte Vorstehabschnitt 111 mit einem ersten rechteckigen Loch 1111 versehen ist, das sich entlang einer Längsrichtung dessen erstreckt, wobei zwei Enden des gekrümmten Vorstehabschnitts 111 mit dem ersten Schwenkabschnitt 112 bzw. dem zweiten Schwenkabschnitt 113 gekuppelt sind, wobei der erste Schwenkabschnitt 112 und der zweite Schwenkabschnitt 113 jeweils einen U-förmigen Körper mit unterschiedlichen Seitenlängen aufweisen, bei dem eine Außenseite länger ist, wobei der erste Schwenkabschnitt 112 mit einem ersten Arm 1121 versehen ist, der sich in Richtung zu einer seitlichen Außenseite des ersten gekrümmten Vorstehabschnitts 111 hin erstreckt, wobei eine Außenseite des ersten Schwenkabschnitts 112 und eine Außenseite des zweiten Schwenkabschnitts 113 schwenkbar mit einer ersten Befestigungsachse (bzw. einem ersten Befestigungsbolzen) 21 bzw. einer zweiten Befestigungsachse (bzw. einem zweiten Befestigungsbolzen) 22 gekuppelt sind, wobei die erste Befestigungsachse 21 und die zweite Befestigungsachse 22 die gleiche erste Mittelachse bzw. Mittellinie L1 aufweisen, wobei der erste gekrümmte Vorstehabschnitt 111 relativ zu der ersten Mittelachse L1 rotierbar bzw. verschwenkbar ist, und wobei die erste Befestigungsachse 21 und die zweite Befestigungsachse 22 jeweils zum festen Kuppeln mit einem anderen Gegenstand verwendet bzw. vorgesehen sind.
Die zweite Verbindungseinheit 12 und die erste Verbindungseinheit 11 haben die gleiche Form und die gleiche Struktur, wobei die zweite Verbindungseinheit 12 mit einem zweiten gekrümmten Vorstehabschnitt 121, einem dritten Schwenkabschnitt bzw. Drehabschnitt 122 und einem vierten Schwenkabschnitt bzw. Drehabschnitt 123 versehen ist, wobei der zweite gekrümmte Vorstehabschnitt 121 eine Halbkreisform aufweist, wobei der zweite gekrümmte Vorstehabschnitt 121 mit einem zweiten rechteckigen Loch 1211 versehen ist, das sich entlang einer Längsrichtung dessen erstreckt, wobei zwei Enden des zweiten gekrümmten Vorstehabschnitts 121 mit dem dritten Schwenkabschnitt 122 bzw. dem vierten Schwenkabschnitt 123 gekuppelt sind, wobei der dritte Schwenkabschnitt 122 und der vierte Schwenkabschnitt 123 jeweils einen U-förmigen Körper mit unterschiedlichen Seitenlängen aufweisen, bei dem eine Außenseite länger ist, wobei der dritte Schwenkabschnitt 122 mit einem zweiten Arm 1221 versehen ist, der sich in Richtung zu einer seitlichen Außenseite des zweiten gekrümmten Vorstehabschnitts 121 hin erstreckt, wobei eine Außenseite des dritten Schwenkabschnitts 122 und eine Außenseite des vierten Schwenkabschnitts 123 schwenkbar mit einer dritten Befestigungsachse (bzw. einem dritten Befestigungsbolzen) 23 bzw. einer vierten Befestigungsachse (bzw. einem vierten Befestigungsbolzen) 24 gekuppelt sind, wobei die dritte Befestigungsachse 23 und die vierte Befestigungsachse 24 die gleiche zweite Mittelachse bzw. Mittellinie L2 haben, wobei der zweite gekrümmte Vorstehabschnitt 121 relativ zu der zweiten Achse L2 rotierbar bzw. verschwenkbar ist, wobei die erste Mittelachse L1 und die zweite Mittelachse L2 sich in der gleichen Ebene befinden und senkrecht zueinander sind, und wobei die dritte Befestigungsachse 23 und die vierte Befestigungsachse 24 jeweils zum festen Kuppeln mit einem anderen Gegenstand vorgesehen bzw. verwendet sind. Der zweite gekrümmte Vorstehabschnitt 121 ist innerhalb des ersten gekrümmten Vorstehabschnitts 111 angeordnet.
Die Angetrieben-Einheit 13 ist mit einer Angetrieben-Stange 131 und einem ersten Schwenkelement bzw.
Drehelement 132 versehen, wobei die Angetrieben-Stange 131 durch das erste rechteckige Loch 1111 und das zweite rechteckige Loch 1211 hindurchgeführt ist und sich zu einer Innenseite des zweiten gekrümmten Vorstehabschnitts 121 hin erstreckt, wobei sie mit dem ersten Schwenkelement 132 gekuppelt ist, so dass die Angetrieben-Stange 131 jeweils bewegbar mit dem ersten gekrümmten Vorstehabschnitt 111 und dem zweiten gekrümmten Vorstehabschnitt 121 gekuppelt ist, wobei ein Teil der Angetrieben-Einheit 13 außerhalb des ersten gekrümmten Vorstehabschnitts 111 angeordnet ist und zum Kuppeln mit noch einem anderen Gegenstand vorgesehen bzw. verwendet ist, wobei das erste Schwenkelement 132 ein U-förmiger Körper ist, und wobei die Angetrieben-Stange 131 der Angetrieben-Einheit 13 eine dritte Mittelachse bzw. Mittellinie L3 aufweist.
Der Verbindungsblock 14 ist kubisch und zwei gegenüberliegende voneinander abgewandte obere und untere Endflächen dessen sind über zwei Achsen bzw. Bolzen 141 und 142 jeweils mit dem ersten Schwenkelement 132 gekuppelt, so dass die Angetrieben-Einheit 13 relativ zu dem Verbindungsblock 14 nach links und nach rechts bewegbar ist. Ein geometrischer Mittelpunkt O des Verbindungsblocks 14 ist dann ein Schnittpunkt bzw. Haltepunkt der ersten Mittelachse L1 und der zweiten Mittelachse L2, wobei die beiden Achsen 141 und 142, die dritte Befestigungsachse 23 und die vierte Befestigungsachse 24 die gemeinsame zweite Mittelachse bzw. Mittellinie L2 haben.
Die dritte Verbindungseinheit 15 ist mit einem zweiten Schwenkelement bzw. Drehelement 151 und einem Kupplungselement bzw. Kuppelelement 152 versehen, wobei das zweite Schwenkelement 151 ein U-förmiger Körper ist und ein unteres Ende bzw. Bodenende dessen mit dem Kuppelelement 152 gekuppelt ist, wobei zwei gegenüberliegende voneinander abgewandte linke und rechte Endflächen des Verbindungsblocks 14 über zwei Achsen bzw. Bolzen 143 und 144 jeweils schwenkbar mit dem zweiten Schwenkelement 151 gekuppelt sind, so dass der Verbindungsblock 14 und die Angetrieben-Einheit 13 relativ zu der dritten Verbindungseinheit 15 nach oben und nach unten bewegbar sind. Demgemäß kann die Angetrieben-Einheit 13 relativ zu der dritten Verbindungseinheit 15 nach oben und nach unten sowie nach links und nach rechts bewegt werden, wobei jedoch die Angetrieben-Einheit 13 synchron gedreht wird, wenn die dritte Verbindungseinheit 15 gedreht bzw. drehangetrieben wird. Die beiden Achsen 143 und 144, die erste Befestigungsachse 21 und die zweite Befestigungsachse 22 haben die gemeinsame erste Mittelachse bzw. Mittellinie L1.
Die erste Antriebseinheit 16 ist mit einer ersten Leistungsquelle 161 und einer ersten Übertragungseinheit 162 versehen, wobei die erste Übertragungseinheit 162 mit einem ersten Übertragungsarm 1621 und einer ersten Übertragungsstange 1622 versehen ist, wobei ein Ende des ersten Übertragungsarms 1621 mit der ersten Leistungsquelle 161 verbunden ist und durch die erste Leistungsquelle 161 antreibbar ist, so dass ein anderes Ende dessen nach vorne und nach hinten bzw. in einem Kreisbogen hin und her bewegbar ist. Zwei Enden der ersten Übertragungsstange 1622 sind über zwei Achsen bzw. Bolzen 163 und 164 jeweils schwenkbar mit einer Außenseite des ersten Arms 1121 bzw. dem ersten Übertragungsarm 1621 gekuppelt, so dass es ermöglicht ist, dass der erste Schwenkabschnitt 112 mit der ersten Antriebseinheit 16 gekuppelt ist und die erste Übertragungseinheit 162 jeweils mit der ersten Leistungsquelle 161 und dem ersten Arm 1121 gekuppelt ist, und so dass es ferner ermöglicht ist, dass die erste Leistungsquelle 161 den ersten Arm 1121 über die erste Übertragungseinheit 162 zum Bewegen antreibt. Die erste Übertragungsstange 1622 kann den ersten Arm 1121 zum nach vorne und nach hinten bzw. in dessen Längsrichtung hin und her Bewegen antreiben und kann ferner den ersten gekrümmten Vorstehabschnitt 111 zum Bewegen antreiben, so dass es ermöglicht ist, dass der erste gekrümmte Vorstehabschnitt 111 die Angetrieben-Stange 131 der Angetrieben-Einheit 13 antreibt, so dass sie sich entlang des zweiten rechteckigen Lochs 1211 des zweiten gekrümmten Vorstehabschnitts 121 vorwärts und rückwärts bzw. hin und her bewegt, so dass der erste Schwenkabschnitt 112 von der ersten Antriebseinheit 16 so angetrieben werden kann, dass bewirkt wird, dass der erste gekrümmte Vorstehabschnitt 111 relativ zu der ersten Mittelachse L1 rotiert bzw. verschwenkt wird.
Die zweite Antriebseinheit 17 ist mit einer zweiten Leistungsquelle 171 und einer zweiten Übertragungseinheit 172 versehen, wobei die zweite Übertragungseinheit 172 mit einem zweiten Übertragungsarm 1721 und einer zweiten Übertragungsstange 1722 versehen ist, wobei ein Ende des zweiten Übertragungsarms 1721 mit der zweiten Leistungsquelle 171 verbunden ist und von der zweiten Leistungsquelle 171 so antreibbar ist, dass bewirkt wird, dass sich ein anderes Ende des zweiten Übertragungsarms 1721 vorwärts und rückwärts bzw. in einem Kreisbogen hin und her bewegt wird, wobei zwei Enden der zweiten Übertragungsstange 1722 über zwei Achsen bzw. Bolzen 173 und 174 jeweils schwenkbar mit einer Außenseite des zweiten Arms 1221 bzw. dem zweiten Übertragungsarm 1721 gekuppelt sind, so dass ermöglicht ist, dass der dritte Schwenkabschnitt 122 mit der zweiten Antriebseinheit 17 gekuppelt ist und die zweite Übertragungseinheit 172 jeweils mit der zweiten Leistungsquelle 171 und dem zweiten Arm 1221 gekuppelt ist, und so dass ferner ermöglicht ist, dass die zweite Leistungsquelle 171 über die zweite Übertragungseinheit 172 den zweiten Arm 1221 antreibt. Die zweite Übertragungsstange 1722 kann den zweiten Arm 1221 antreiben, so dass er sich vorwärts und rückwärts bzw. hin und her bewegt und ferner den zweiten gekrümmten Vorstehabschnitt 121 so zum Bewegen antreibt, dass bewirkt wird, dass der zweite gekrümmte Vorstehabschnitt 121 die Angetrieben-Stange 131 der Angetrieben-Einheit 13 antreibt, so dass sie sich entlang des ersten rechteckigen Lochs 1111 des ersten gekrümmten Vorstehabschnitts 111 nach links und nach rechts bewegt, so dass der dritte Schwenkabschnitt 122 von der zweiten Antriebseinheit 17 angetrieben wird, so dass bewirkt wird, dass der zweite gekrümmte Vorstehabschnitt 121 relativ zu der zweiten Mittelachse bzw. Mittellinie L2 rotiert bzw. verschwenkt wird.
Die dritte Antriebseinheit 18 ist mit einer dritten Leistungsquelle 181 und einer dritten Übertragungseinheit 182 versehen, wobei die dritte Übertragungseinheit 182 jeweils mit der dritten Leistungsquelle 181 und dem Kuppelelement 152 der dritten Verbindungseinheit 15 gekuppelt ist, so dass es ermöglicht ist, dass das Kuppelelement 152 mit der dritten Antriebseinheit 18 verbunden ist. Die dritte Leistungsquelle 181 kann die dritte Übertragungseinheit 182 drehantreiben und ferner die dritte Verbindungseinheit 15 drehantreiben, so dass es ermöglicht ist, dass die dritte Verbindungseinheit 15 den Verbindungsblock 14 und die Angetrieben-Einheit 13 drehantreibt. Demgemäß kann die dritte Antriebseinheit 18 das Kuppelelement 152 drehantreiben und ferner den Verbindungsblock 14 und das erste Schwenkelement 132 drehantreiben, so dass bewirkt wird, dass die Angetrieben-Stange 131 relativ zu der dritten Mittelachse bzw. Mittellinie L3 rotiert wird. Die dritte Mittelachse L3 erstreckt sich ebenfalls durch den Mittelpunkt O des Verbindungsblocks 14 hindurch, so dass es ermöglicht ist, dass sich die erste Mittelachse L1, die zweite Mittelachse L2 und die dritte Mittelachse L3 in dem gleichen Mittelpunkt O schneiden.
Die Basis 19 ist jeweils fest mit der ersten Leistungsquelle 161 der ersten Antriebseinheit 16, der zweiten Leistungsquelle 171 der zweiten Antriebseinheit 17 und der dritten Leistungsquelle 181 der dritten Antriebseinheit 18 gekuppelt. Die erste Leistungsquelle 161, die zweite Leistungsquelle 171 und die dritte Leistungsquelle 181 können jeweils ein Motor sein.
Die erste Antriebseinheit 16 und die zweite Antriebseinheit 17 können die erste Verbindungseinheit 11 bzw. die zweite Verbindungseinheit 12 antreiben, so dass ermöglicht ist, dass die erste Verbindungseinheit 11 und die zweite Verbindungseinheit 12 die Angetrieben-Stange 131 der Angetrieben-Einheit 13 antreiben, so dass sie sich relativ zu dem Mittelpunkt O und in einem Umfang bzw. Bereich des ersten rechteckigen Lochs 111 und des zweiten rechteckigen Lochs 121, die zueinander gekreuzt sind, nach oben und nach unten oder nach links und nach rechts bewegt, wobei die dritte Mittelachse L3 der Angetrieben-Einheit 13 einen Zustand aufrechterhält, in dem sie auf den Mittelpunkt O des Verbindungsblocks 14 weist. Die dritte Antriebseinheit 18 kann gleichzeitig die dritte Verbindungseinheit 15 antreiben, so dass bewirkt wird, dass die dritte Verbindungseinheit 15 den Verbindungsblock 14 und die Angetrieben-Einheit 13 drehantreibt und die Angetrieben-Einheit 13 relativ zu der dritten Mittelachse L3 rotiert wird.
Dass die erste Verbindungseinheit 11 und die zweite Verbindungseinheit 12 gemäß der Erfindung von der ersten Antriebseinheit 16 und der zweiten Antriebseinheit 17 separiert sind ist hilfreich beim Ausführen bzw. Realisieren einer flexiblen Mechanismusgestaltung, wobei ein Abstand zwischen der ersten Verbindungseinheit 11 und der ersten Antriebseinheit 16 sowie ein Abstand zwischen der zweiten Verbindungseinheit 12 und der zweiten Antriebseinheit 17 angepasst werden können in Abhängigkeit von dem Raum und einer Schwerpunktsanordnung bzw. Mittelpunkts-Schwerkraft-Anordnung des Mechanismus und durch Verwenden von Längen bzw. unterschiedlichen Längen für die erste Übertragungsstange 1622 und die zweite Übertragungsstange 1722. Ferner erreichen das Verwenden bzw. Vorsehen einer Längendifferenz zwischen dem ersten Arm 1121 und dem ersten Übertragungsarm 1621 sowie einer Längendifferenz zwischen dem zweiten Arm 1221 und dem zweiten Übertragungsarm 1721 die Ziele hinsichtlich Zeitersparnis und Arbeitsersparnis. Beispielsweise kann das Arbeitsersparnisziel erreicht werden, wenn der erste Arm 1121 und der zweite Arm 1221 jeweils länger sind als der erste Übertragungsarm 1621 und der zweite Übertragungsarm 1721, und das Zeitersparnisziel kann erreicht werden, wenn der erste Arm 1121 und der zweite Arm 1221 jeweils kürzer als der erste Übertragungsarm 1621 und der zweite Übertragungsarm 1721 sind.
Die erste Verbindungseinheit 11, die zweite Verbindungseinheit 12 und die dritte Verbindungseinheit 15 sind erfindungsgemäß durch die erste Antriebseinheit 16, die zweite Antriebseinheit 17 bzw. die dritte Antriebseinheit 18 antreibbar, so dass ermöglicht ist, dass die erste Verbindungseinheit 11, die zweite Verbindungseinheit 12 und die dritte Verbindungseinheit 15 die Angetrieben-Einheit 13 so antreiben, dass sie sich relativ zu dem geometrischen Mittelpunkt O des Verbindungsblocks 14 nach oben und nach unten oder nach links und nach rechts bewegt und rotiert. Daher weist der erfindungsgemäße Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus 1 die Wirkfunktion von drei Freiheitsgraden und die Überschneidung der Mittelachsen L1, L2 und L3 in dem gleichen Mittelpunkt auf, wobei die Wirkfunktion gleich einer Wirkfunktion des Klemmens und Aufnehmens eines Gegenstandes mittels eines mechanischen Arms ist, womit der Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus 1 einer Anforderung des Erzielens einer eindeutigen bzw. spezifischen Lösung durch eine Berechnung eines Logikalgorithmus genügen kann, so dass es ermöglicht ist, dass der mechanische Arm das Klemmen und das Aufnehmen des Gegenstandes autonom vollenden kann.
Der Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus 1 gemäß der Erfindung kann für einen Funktionsmechanismus eines Kameraobjektivs eines Roboterkopfs verwendet werden und kann für einen Gelenkmechanismus verwendet werden, wie beispielsweise für eine Schulter, einen Ellenbogen, ein Handgelenk, ein Knie oder einen Knöchel eines Roboters, und kann ferner für einen Adapter verwendet werden, der mit einem Suchscheinwerfer, einer Antenne, einer Radarantenne oder einer Nabe verbunden ist, und kann als ein Gelenk für ein Getriebe und als ein Gelenk für eine Flugeinrichtung verwendet werden.
Zusammenfassend weist ein erfindungsgemäßer Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus auf: eine erste Verbindungseinheit, eine zweite Verbindungseinheit, eine Angetrieben-Einheit, einen Verbindungsblock und eine dritte Verbindungseinheit, wobei die erste Verbindungseinheit und die zweite Verbindungseinheit mit einem ersten gekrümmten Vorstehabschnitt bzw. einem zweiten gekrümmten Vorstehabschnitt versehen sind, wobei eine Angetrieben-Stange der Angetrieben-Einheit jeweils bewegbar mit dem ersten gekrümmten Vorstehabschnitt und dem zweiten gekrümmten Vorstehabschnitt gekuppelt ist, wobei der Verbindungsblock jeweils schwenkbar mit einem ersten Schwenkelement der Angetrieben-Einheit und einem zweiten Schwenkelement der dritten Verbindungseinheit gekuppelt ist. Dadurch kann die Angetrieben-Einheit dann mittels weniger Antriebsmechanismen geschickt so gesteuert werden, dass sie sich relativ zu einem geometrischen Mittelpunkt des Verbindungsblocks nach oben und nach unten sowie nach links und nach rechts bewegt und rotiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- TW 200626320 [0003]
- US 6026703 [0003]

Claims

Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus 1), aufweisend: eine erste Verbindungseinheit (11), die mit einem ersten gekrümmten Vorstehabschnitt (111), einem ersten Schwenkabschnitt (112) und einem zweiten Schwenkabschnitt (113) versehen ist, wobei zwei Enden des ersten gekrümmten Vorstehabschnitts (111) mit dem ersten Schwenkabschnitt (112) bzw. dem zweiten Schwenkabschnitt (113) verbunden sind, eine erste Befestigungsachse (21), die drehbar mit dem ersten Schwenkabschnitt (112) gekuppelt ist, eine zweite Befestigungsachse (22), die drehbar mit dem zweiten Schwenkabschnitt (113) gekuppelt ist, wobei die erste Befestigungsachse (21) und die zweite Befestigungsachse (22) eine gemeinsame erste Mittelachse (L1) haben, wodurch der erste gekrümmte Vorstehabschnitt (111) relativ zu der ersten Mittelachse (L1) verschwenkbar ist, eine zweite Verbindungseinheit (12), die mit einem zweiten gekrümmten Vorstehabschnitt (121), einem dritten Schwenkabschnitt (122) und einem vierten Schwenkabschnitt (123) versehen ist, wobei zwei Enden des zweiten gekrümmten Vorstehabschnitts (121) mit dem dritten Schwenkabschnitt (122) bzw. dem vierten Schwenkabschnitt (123) verbunden sind, wobei der zweite gekrümmte Vorstehabschnitt (121) innerhalb des ersten gekrümmten Vorstehabschnitts (111) angeordnet ist, wobei sich der erste gekrümmte Vorstehabschnitt (111) und der zweite gekrümmte Vorstehabschnitt (121) kreuzen, eine dritte Befestigungsachse (23), die drehbar mit dem dritten Schwenkabschnitt (122) gekuppelt ist, eine vierte Befestigungsachse (24), die drehbar mit dem vierten Schwenkabschnitt (123) gekuppelt ist, wobei die dritte Befestigungsachse (23) und die vierte Befestigungsachse (24) eine gemeinsame zweite Mittelachse (L2) haben, wodurch der zweite gekrümmte Vorstehabschnitt (121) relativ zu der zweiten Mittelachse (L2) verschwenkbar ist, eine Angetrieben-Einheit (13), die mit einer Angetrieben-Stange (131) und einem ersten Schwenkelement (132) versehen ist, wobei die Angetrieben-Stange (131) mit dem ersten Schwenkelement (132) verbunden ist, wobei die Angetrieben-Stange (131) jeweils bewegbar mit dem ersten gekrümmten Vorstehabschnitt (111) und dem zweiten gekrümmten Vorstehabschnitt (121) gekuppelt ist, wobei das erste Schwenkelement (132) innerhalb des zweiten gekrümmten Vorstehabschnitts (121) angeordnet ist, und wobei die Angetrieben-Stange (131) eine dritte Mittelachse (L3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus (1) ferner aufweist: einen Verbindungsblock (14), der drehbar mit dem ersten Schwenkelement (132) gekuppelt ist, wobei der Verbindungsblock (14) einen geometrischen Mittelpunkt (O) aufweist, wobei die dritte Mittelachse (L3) auf den Mittelpunkt (O) weist, eine dritte Verbindungseinheit (152), die mit einem zweiten Schwenkelement (151) und einem Kuppelelement (152) versehen ist, wobei das zweite Schwenkelement (151) mit dem Kuppelelement (152) verbunden ist, wobei der Verbindungsblock (14) drehbar mit dem zweiten Schwenkelement (151) gekuppelt ist, wobei die erste Verbindungseinheit (11) vorgesehen ist zum Antreiben der Angetrieben-Stange (131), so dass sie sich entlang des zweiten gekrümmten Vorstehabschnitts (122) bewegt und relativ zu der ersten Mittelachse (L1) verschwenkt wird, wobei die zweite Verbindungseinheit (12) vorgesehen ist zum Antreiben der Angetrieben-Stange (131), so dass sie sich entlang des ersten gekrümmten Vorstehabschnitts (111) bewegt und relativ zu der zweiten Mittelachse (L2) verschwenkt wird, wodurch es ermöglicht ist, dass sich die Angetrieben-Einheit (13) relativ zu dem Mittelpunkt (O) nach oben und nach unten sowie nach links und nach rechts bewegt.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Mittelachse sich annähernd in der gleichen Ebene befinden und annähernd senkrecht zueinander sind.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 2, wobei der Mittelpunkt annähernd ein Überschneidungspunkt der ersten Mittelachse und der zweiten Mittelachse ist.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 3, wobei der erste gekrümmte Vorstehabschnitt und der zweite gekrümmte Vorstehabschnitt jeweils halbkreisförmig sind.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 4, wobei der erste gekrümmte Vorstehabschnitt mit einem ersten rechteckigen Loch versehen ist, dass sich entlang einer Längsrichtung dessen erstreckt, und wobei die Angetrieben-Stange durch das erste rechteckige Loch hindurchgeführt ist.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 5, wobei der zweite gekrümmte Vorstehabschnitt mit einem zweiten rechteckigen Loch versehen ist, das sich entlang einer Längsrichtung dessen erstreckt, und wobei die Angetrieben-Stange durch das zweite rechteckige Loch hindurchgeführt ist.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Schwenkabschnitt mit einer ersten Antriebseinheit verbunden ist, wodurch der erste Schwenkabschnitt von der ersten Antriebseinheit antreibbar ist, so dass der erste gekrümmte Vorstehabschnitt relativ zu der ersten Mittelachse verschwenkbar ist.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 7, wobei der dritte Schwenkabschnitt mit einer zweiten Antriebseinheit verbunden ist, wodurch der dritte Schwenkabschnitt von der zweiten Antriebseinheit antreibbar ist, so dass der zweite gekrümmte Vorstehabschnitt relativ zu der zweiten Mittelachse verschwenkbar ist.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 8, wobei das Kuppelelement mit einer dritten Antriebseinheit verbunden ist, wodurch das Kuppelelement von der dritten Antriebseinheit antreibbar ist und ferner der Verbindungsblock und das erste Schwenkelement antreibbar sind, so dass bewirkt wird, dass die Angetrieben-Stange relativ zu der dritten Mittelachse rotiert wird.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 9, wobei das erste Schwenkelement und das zweite Schwenkelement jeweils ein U-förmiger Körper sind, wobei der Verbindungsblock kubisch ist und zwei gegenüberliegende Endflächen des Verbindungsblocks über zwei Achsen jeweils drehbar mit dem ersten Schwenkelement gekuppelt sind, wobei die beiden Achsen, die dritte Befestigungsachse und die vierte Befestigungsachse eine gemeinsame zweite Mittelachse aufweisen, wobei zwei andere gegenüberliegende Endflächen des Verbindungsblocks über zwei andere Achsen jeweils drehbar mit dem zweiten Schwenkelement gekuppelt sind, und wobei die beiden anderen Achsen, die erste Befestigungsachse und die zweite Befestigungsachse die gemeinsame erste Mittelachse aufweisen.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 10, wobei der erste Schwenkabschnitt mit einem ersten Arm versehen ist, der sich in Richtung zu einer seitlichen Außenseite des ersten gekrümmten Vorstehabschnitts hin erstreckt, wobei die erste Übertragungseinheit jeweils mit der ersten Leistungsquelle und dem ersten Arm verbunden ist, wodurch es ermöglicht ist, dass die erste Leistungsquelle über die erste Übertragungseinheit den ersten Arm antreibt.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 11, wobei die erste Übertragungseinheit mit einem ersten Übertragungsarm und einer ersten Übertragungsstange versehen ist, wobei ein Ende des ersten Übertragungsarms mit der ersten Leistungsquelle verbunden ist, wobei zwei Enden der ersten Übertragungsstange schwenkbar mit dem ersten Arm bzw. dem ersten Übertragungsarm gekuppelt sind.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 12, wobei der dritte Schwenkabschnitt mit einem zweiten Arm versehen ist, der sich in Richtung zu einer seitlichen Außenseite des zweiten gekrümmten Vorstehabschnitts hin erstreckt, wobei die zweite Antriebseinheit mit einer zweiten Leistungsquelle und einer zweiten Übertragungseinheit versehen ist, wobei die zweite Übertragungseinheit jeweils mit der zweiten Leistungsquelle und dem zweiten Arm verbunden ist, wodurch es ermöglich ist, dass die zweite Leistungsquelle den zweiten Arm über die zweite Antriebseinheit antreibt.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 13, wobei die zweite Übertragungseinheit mit einem zweiten Übertragungsarm und einer zweiten Übertragungsstange versehen ist, wobei ein Ende des zweiten Übertragungsarms mit der zweiten Leistungsquelle verbunden ist, wobei zwei Enden der zweiten Übertragungsstange schwenkbar mit dem zweiten Arm bzw. dem zweiten Übertragungsarm gekuppelt sind.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 14, wobei die dritte Antriebseinheit mit einer dritten Leistungsquelle und einer dritten Übertragungseinheit versehen ist, wobei die dritte Übertragungseinheit mit dem Kuppelelement verbunden ist, wodurch es ermöglicht ist, dass die dritte Leistungsquelle die dritte Übertragungseinheit drehantreibt und ferner das Kuppelelement drehantreibt.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 15, wobei die erste Leistungsquelle, die zweite Leistungsquelle und die dritte Leistungsquelle jeweils fest mit einer Basis gekuppelt sind.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 16, wobei der erste Schwenkabschnitt ein U-förmiger Körper mit unterschiedlichen Seitenlängen ist, die eine längere Außenseite aufweisen, wobei die erste Befestigungsachse drehbar mit der Außenseite des ersten Schwenkabschnitts gekuppelt ist, und wobei die erste Übertragungsstange schwenkbar mit einer Außenseite des ersten Arms gekuppelt ist.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 17, wobei der dritte Schwenkabschnitt ein U-förmiger Körper mit unterschiedlichen Seitenlängen ist, die eine längere Außenseite aufweisen, wobei die dritte Befestigungsachse drehbar mit der Außenseite des dritten Schwenkabschnitts gekuppelt ist, und wobei die zweite Übertragungsstange schwenkbar mit einer Außenseite des zweiten Arms gekuppelt ist.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 18, wobei der zweite Schwenkabschnitt ein U-förmiger Körper mit unterschiedlichen Seitenlängen ist, die eine längere Außenseite aufweisen, wobei die zweite Befestigungsachse drehbar mit der Außenseite des zweiten Schwenkabschnitts gekuppelt ist.
Vielfach-Freiheitsgrade-Bewegungsmechanismus gemäß Anspruch 19, wobei der vierte Schwenkabschnitt ein U-förmiger Körper mit unterschiedlichen Seitenlängen ist, die eine längere Außenseite aufweisen, wobei die vierte Befestigungsachse drehbar mit der Außenseite des vierten Schwenkabschnitts gekuppelt ist.